تقنية جديدة لعلاج كسور العظام باستخدام الذكاء الاصطناعي

علاج كسور العظام باستخدام الذكاء الاصطناعى
علاج كسور العظام باستخدام الذكاء الاصطناعى

قدمت دراسة حديثة مزيجًا مثيرًا للاهتمام من الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد وقياس إجهاد المواد لابتكار هياكل مجهرية تحاكي التركيب العظمي البشري. وتهدف هذه الدراسة إلى ثورة في علاج كسور عظم الفخذ، وهي إصابة شائعة خاصة بين كبار السن.
وبحسب الدراسة التي أعدتها شيلي تشانغ، أستاذة الهندسة المدنية والبيئية في جامعة إلينوي في إيربانا شامبين. وطالبة الدراسات العليا ينغكي جيا، بالتعاون مع البروفيسور كي ليو من جامعة بكين، تُشكل حواف العظام المكسورة عند كسر عظمة الفخذ نقاط تركيز للضغط، مما قد يؤدي إلى إطالة الجزء المكسور.
كما تعتمد الطرق التقليدية لعلاج كسور عظم الفخذ على الجراحة لربط شرائح معدنية حول الكسر بمسامير. مما قد يسبب ألمًا مزمنًا ومخاطرًا لاحقة.

الذكاء الاصطناعى يدخل التطبيقات الطبية

تقدم الدراسة التي نشرتها مجلة نيتشر، نهجًا جديدًا ثوريًا لإصلاح العظام باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد.

كما يتلخص النهج الجديد في تصميم دعامات مخصصة لكل مريض باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
بينما يتم ذلك من خلال تصميم نموذج ذكاء اصطناعي يعتمد على نماذج تعلم الآلة لتحليل خصائص الكسر. بما في ذلك موقعه وحجمه.
كما يتم استخدام حسابات نظرية محسوبة لتحديد توزيع الأحمال الميكانيكية على العظام المُصلحة.
وبناءً على هذه المعلومات، يتم تصميم دعامة مخصصة لكل مريض باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
كما يتم تصنيع الدعامة من مادة تحاكي خصائص العظام، مما يسمح لها بالتكامل بشكل أفضل مع الجسم ووظائفه.

علاج كسور العظام باستخدام الذكاء الاصطناعى
علاج كسور العظام باستخدام الذكاء الاصطناعى

علاج كسور العظام

قالت شيلي تشانغ: “لقد بدأنا أولا بالمواد المستخدمة وقمنا ببناء دعامة افتراضية للكسر. وأجرينا كل الحسابات الخاصة بها بواسطة الذكاء الاصطناعى. وتمكنا من دراسة العلاقة بين تركيب الدعامة المنتجة وخصائصها الفيزيائية ”
وأضافت: “أن الجديد في هذه الدراسة انتاج نموذجًا حسابيًا يمكننا من التحكم الكامل فى بنية الدعامة وتوزيع الأحمال على الدعامة والعظام بشكل جيد”.

وبعد إجراء الحسابات قام الفريق بطباعة الدعمة بحجمها الطبيعى بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد كنموذج أولى وتركيبه على نموذج لكسر ادمى فى عظمة الفخذ.

وقالت تشانغ: “إن وجود نموذج ملموس سمح لنا بإجراء قياسات في العالم الحقيقي واختبار فعاليته والتأكد من أنه من الممكن زراعة مادة اصطناعية بطريقة مماثلة لكيفية بناء النظم البيولوجية”.

وأردفت “نحن نتصور أن هذا العمل يساعد في بناء المواد التي من شأنها تحفيز إصلاح العظام من خلال توفير الدعم الأمثل والحماية من القوى الخارجية.”

وأضافت أن هذه التقنية يمكن تطبيقها في الكثير من الأنظمة الحيوية التي تتطلب توزيع للاجهادات بها. إذ أن التقنية نفسها يمكن تعميمها وتطبيقها على أنواع مختلفة من المواد مثل المعادن والبوليمرات. وأي نوع من المواد تقريبًا

وأضافت أن المفتاح لمثل تلك الحلول يمكن فى الهندسة والهندسة المعمارية للتراكيب المستهدفة. والخصائص الميكانيكية المطلوبة، مما يجعل هذه التقنية يمكن تطبيقها فى عدد لا نهائي من التطبيقات تقريبًا.
مصادر
https://phys.org/news/2024-05-programmable-materials-broken-bones.html?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTEAAR17IySFvYe3oGL1js1gMtdoZhtMuk8M0MI5Np12B2Q4DtYqGJz-l9TibzY_aem_AWt7lKJl5Aa8PSzbld1-

rvOXnIcZVRTlnAdhYRqS3GXj45Rcwm0nrZpLdV0_N_5TiVdzM2Yc3_Xj28gkzmExTWWm

https://www.youtube.com/watch?v=Osht7z_S1Ks

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47831-2

الرابط المختصر :